JP3082056B2 - ロータリーエンコーダ - Google Patents

ロータリーエンコーダ

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JP3082056B2
JP3082056B2 JP03342565A JP34256591A JP3082056B2 JP 3082056 B2 JP3082056 B2 JP 3082056B2 JP 03342565 A JP03342565 A JP 03342565A JP 34256591 A JP34256591 A JP 34256591A JP 3082056 B2 JP3082056 B2 JP 3082056B2
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  • Transmission And Conversion Of Sensor Element Output (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、回転角や回転速度或い
は移動距離等のアナログ的な変位量をそれに対応したデ
ィジタル的なパルス信号に変換するロータリーエンコー
ダに関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種のロータリーエンコーダ
が、図7に示されている。図7において、2はロータリ
ーエンコーダ1の本体、3は軸受け、4は回転軸であ
る。また、5は外周に細いN極とS極の着磁面51を形
成した磁気円板、6は本体2に固定された磁気検出器で
ある。磁気検出器6には磁場の変化を感知する磁気抵抗
素子60が設けられ、この磁気抵抗素子60を磁気円板
5の着磁面51に狭い磁場間隙Gを作って近接して対向
させている。
【0003】このような構成のロータリーエンコーダ1
の回転軸4は、被検回転体に連結される。そして、被検
回転体の回転に連れて回転軸4を介して磁気円板5が回
転すると、着磁面51に対向した磁気抵抗素子60が磁
場の周期的な変化を検出する。磁気抵抗素子60の検出
した磁気的な変化は磁気円板5の回転角に対応するの
で、この回転角から被検回転体の回転角や回転速度に比
例したパルス信号を磁気検出器6から取り出すことがで
きるようになっている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】従来のロータリーエン
コーダ1は上記のように、磁気検出器6の磁気抵抗素子
60を回転する磁気円板5の着磁面51に近接させて被
検回転体の回転角や回転速度に比例した信号を取り出す
ように構成されている。図8の(A)に示すようなパル
ス幅やパルス間隔が均一で適性な磁気検出器6の出力波
形を得るためには、磁気抵抗素子60と着磁面51の磁
場間隙Gを通常0.5〜0.05mm程度以内の精度に
保持することがが要求される。磁場間隙Gが狭いときは
(B)図のように出力波形が不均一になり、磁場間隙G
が広すぎると図(C)に示すような縦長のパルス波形に
なり、出力波形に悪影響を与えることがある等の問題点
があった。
【0005】本発明は上記のような従来の問題点を解消
するためになされたもので、磁気円板の外周の着磁面と
磁気検出器で形成する磁場間隙Gを常時均一に保持し
て、適切な波形のパルス出力が得られるロータリーエン
コーダを実現することを目的としたものである。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明は、本体に支持さ
れ回転軸と一体に回転して外周に着磁面を設けた磁気円
板と、磁気円板の着磁面に磁場間隙を介して対向する磁
気感知素子を配置した磁気検出器と、磁気検出器を本体
に取付けられた弾性材を介して磁気円板の外周に弾性的
に接触させて回転する転輪とを備えて、磁気検出器によ
り磁気円板の回転変位量を磁気的に検出するロータリー
エンコーダにおいて、弾性材を、矩形状の板バネを断面
C字状に折り曲げて開放端を本体に固定して中央部付近
を磁気検出器に固定したバネ材で構成したロータリーエ
ンコーダを構成したものである。
【0007】また、本発明は、本体内に設けられて被検
回転体の回転体に連結された回転軸が固定されて回転軸
と一体に回転して外周に着磁面を設けた磁気円板と、磁
気円板の着磁面に磁場間隙を介して対向する磁気感知素
子を配置して本体に取付けられた磁気検出器とを備え、
磁気検出器により磁気円板の回転変位量を磁気的に検出
するロータリーエンコーダにおいて、磁気円板の着磁面
の両側に円形段部を形成し、両段部に内輪を締まり嵌め
して外輪を本体に圧入した2個の軸受けを介して本体に
回転可能に取付けて磁場間隙を一定に保持するように構
成したロータリーエンコーダを構成したものである。
【0008】
【作用】磁気検出器は一部を磁気円板の外周面に直接又
は転輪を介して接触させて、バネにより本体に取付けら
れる。本体側に断面C字形のバネで取付けられた磁気検
出器は、磁気抵抗素子を磁気円板の着磁面に近接させて
変位可能に対向している。そして、回転軸を経て磁気円
板を連結した被検回転体の回転に連れて磁気円板が回転
しながら直径方向に振動すると、磁気検出器が回転する
磁気円板の外周面に接触しながら、磁気抵抗素子と着磁
面との間に形成された磁場間隙Gを一定に保ちながら磁
気円板の振動に追随して半径方向に揺動する。また、別
のロータリーエンコーダでは、磁気円板の外周の一部が
軸受けによって磁気検出器を取付けた本体に直接回転可
能に保持されている。したがって、磁気抵抗素子と着磁
面で形成する磁場間隙Gは、既に製品の組み立て段階に
おいて一定不変に製作されている。
【0009】
【実施例】
実施例1.図1は本発明の実施例1の構成説明図で、従
来装置と同じ部分に同一符号を付し、一部説明が重複す
るがやや詳しく説明する。図1において、1はロータリ
ーエンコーダである。2はロータリーエンコーダ1の本
体、3はボールを用いたラジアル型の軸受け、4は回転
軸である。軸受け3の外輪31は本体の圧入孔に圧入さ
れ、内輪32には回転軸4が固く嵌め合わされている。
5は磁気円板、50は磁気円板5の円板、51は着磁
面、53は両側に円弧状に突出した摺動面である。磁気
円板5の円板50には、例えばアルミニウムが用いられ
て外周に高保磁力の針状鉄粉系磁性材料を塗布し、乾燥
後パルスモータで回転してパルス数で等分割して着磁面
51が形成される。着磁面51は図示のように、N極と
S極同志が交互に隣り合わせになって円周方向に連続的
に形成されている。
【0010】6は本体2に取付けられた磁気検出器であ
る。61は磁気検出器6の支持ピン、62はコイルバ
ネ、63は前記摺動面53に対応する凹形の接触面であ
る。磁気検出器6はコイルバネ62により磁気円板5の
求心方向のバネ圧が与えられ、接触面63を摺動面53
に接触させながら揺動可能に構成されている。また、6
0は磁気抵抗素子である。磁気抵抗素子60には、例え
ば磁気抵抗効果によって電気抵抗が磁束密度に比例する
強磁性金属薄膜抵抗素子が用いられ、磁気円板5の着磁
面51と同心的な円弧状に形成されて前述のような狭い
磁場間隙Gを隔てて対向している。
【0011】7はプリント基板、71,72はプリント
基板7に実装された電子部品、73は導出用の導線であ
る。プリント基板7には磁気検出器6が接続されて、磁
気抵抗素子60が検出した磁気円板5の回転に伴う磁気
的変化に関連する検出信号が導線73により外部に導出
される。また、8は蓋体である。蓋体8は本体2の前面
を包囲して、内部の磁気円板5や磁気検出器6等を保護
する。
【0012】上述のように構成された本発明実施例1の
動作を、次に説明する。ロータリーエンコーダ1の回転
軸4が、例えば原動機の弾み車等の被検回転体に連結さ
れる。連結された被検回転体の弾み車が回転すると、こ
の回転に連れて回転軸4が回転する。そして、図2の
(A)に示すように、円周方向にN極とS極を交互に隣
り合わせに連続形成した着磁面51を設けた磁気円板5
が、回転軸4と一体に回転する。このため、磁気円板5
の周辺の磁場の磁束密度が周期的に変化し〔(B)〕、
着磁面51と磁場間隙Gを隔てて配置された磁気抵抗素
子60がこの磁束密度の変化を電気抵抗の変化として検
出する。磁気検出器6の検出した電気的な変化は磁気円
板5の回転角に対応するので、この回転角から図(C)
のような被検回転体の回転角に比例したパルス信号をプ
リント基板7を介して取り出すことができる。
【0013】この場合、磁気検出器6はコイルバネ62
により磁気円板5の求心方向に押されながら、接触面6
3を摺動面53に接触させて支持ピン61に揺動可能に
保持されている。そして、磁気円板5が回転軸4と共に
回転して半径方向に振動すると、接触面63を摺動面5
3に接触させて磁気検出器6が磁気円板5の振動に追随
して半径方向に揺動する。この結果、互いに対向してい
る磁気抵抗素子60と着磁面51で形成する磁場間隙G
が、回転する磁気円板5の振動に無関係に常時一定値に
保持されることになる。
【0014】実施例2.図3は本発明の実施例2の要部
の側面図である。図3において、9は転輪、91は転輪
軸である。転輪9は磁気検出器6に左右2対設けられ
(一方の図示を省略)、転輪軸91に回転可能に保持さ
れている。これら2対の転輪9の周面は上記接触面63
と同様に、磁気円板5の摺動面53に対応した凹形の接
触面93が形成されている。そして、転輪9は接触面9
3を磁気円板5側の摺動面53に接触させて回転できる
ようになっている。この実施例2によれば、回転する磁
気円板5とコイルバネ62によって求心方向のバネ圧が
加えられた磁気検出器6との接触面に転輪9を介装した
ので、摩擦がなくなり摩耗を伴うことなく磁場間隙Gを
常時一定に保持することができる利点がある。
【0015】実施例3.図4は本発明の実施例3の側面
図、図5は図4の要部の斜視説明図である。図4の実施
例3では、実施例1,2で使われたコイルバネ62の代
わりに図のような板バネ20が用いられている。板バネ
20は矩形状のバネ材を図5に示すように断面C字形に
折曲げたもので、両開放端を本体2に固定し中央部付近
が2対の転輪9を備えた磁気検出器6に固定されてい
る。そして、実施例2と同様に、2対の転輪9を磁気円
板5側の摺動面53に接触させている。図4と図5に示
された実施例3では、矩形状のバネ材を断面C字形に折
曲げた板バネ20で磁気検出器6を弾性的に保持した構
成を採用した。このため、板バネ20の幅方向の変位が
少なく比較的強いバネ圧で、実施例1,2のような支持
ピン61を用いることなく構造が簡単な磁気検出器6の
保持機構が得られる。
【0016】実施例4. 図6は、本発明の実施例4の構成説明図である。この実
施例4では図6に示すように、磁気円板5の円板50が
やや厚く作られて着磁面51を挟んで左右に段部54が
形成されている。また、ここでは、磁気検出器6が本体
2の内面に直接取付けられ、磁気抵抗素子60が着磁面
51に対向している。そして、直径の大きい2個の軸受
け3の内輪32が両段部54に締まり嵌めされ、外輪3
1が本体2の内周面に圧入されている。21は本体2を
被検回転体の側壁等に固定するネジの挿入孔、22は内
部を封鎖するための2か所のオイルシール、23は蓋体
8に装着され導線73を保護しながら密閉して導出する
導出リングである。実施例4によれば実施例1〜3のよ
うなバネを用いないので、故障の発生率を低く保って着
磁面51と磁気抵抗素子60との間の磁場間隙Gを一定
に保持することができる特徴がある。
【0017】なお、上述の実施例ではN極とS極の着磁
ピッチが粗く単一の着磁トラックの場合を例示して説明
したが、細かい着磁ピッチでパルス周波数の高い高分解
能形を構成してもよく、2つの着磁トラックで90度位
相をズラせた正・逆方向型のロータリーエンコーダを構
成することもできる。また、各実施例では2個の軸受け
で回転軸4と磁気円板5を保持した場合で説明したが、
ローラベアリングを用いた場合等のときは単一の軸受け
で保持してもよい。また、磁気検出器に磁気により電気
抵抗が変化する磁気抵抗素子を用いた場合で説明した
が、磁気円板の磁気の周期的な変化を検出する磁気感知
素子であればよい。
【0018】
【発明の効果】本発明は、本体に支持され回転軸と一体
に回転して外周に着磁面を設けた磁気円板と、磁気円板
の着磁面に磁場間隙を介して対向する磁気感知素子を配
置した磁気検出器と、磁気検出器を本体に取付けられた
弾性材を介して磁気円板の外周に弾性的に接触させて回
転する転輪とを備えて、磁気検出器により磁気円板の回
転変位量を磁気的に検出するロータリーエンコーダにお
いて、弾性材を、矩形状の板バネを断面C字状に折り曲
げて開放端を本体に固定して中央部付近を磁気検出器に
固定したバネ材で構成したロータリーエンコーダを構成
した。
【0019】また、本発明は、本体内に設けられて被検
回転体の回転体に連結された回転軸が固定されて回転軸
と一体に回転して外周に着磁面を設けた磁気円板と、磁
気円板の着磁面に磁場間隙を介して対向する磁気感知素
子を配置して本体に取付けられた磁気検出器とを備え、
磁気検出器により磁気円板の回転変位量を磁気的に検出
するロータリーエンコーダにおいて、磁気円板の着磁面
の両側に円形段部を形成し、両段部に内輪を締まり嵌め
して外輪を本体に圧入した2個の軸受けを介して本体に
回転可能に取付けて磁場間隙を一定に保持するように構
成したロータリーエンコーダを構成した。
【0020】この結果、被検回転体から伝達されたトル
クの変動等で磁気円盤が振動するようなことが起こって
も、磁気感知素子と着磁面で形成擦る磁場間隙Gを常時
一定に保持することができる。また、磁場間隙Gが磁気
円板側と本体側との嵌め合い等の工作加工上の許容誤差
に直接関係しないので、それ程の精密加工や念入りの組
み立て等が要求されず工数を削減することも可能であ
る。特に、実施例2のように磁気円板と磁気検出器との
接触部に転輪を介装すれば摩擦がなくなるので、故障の
発生率を著しく減少することができる。
【0021】よって、本発明によれば、高精度で故障が
少なく、しかも製作コストが安価なロータリーエンコー
ダを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施例1の構成説明図である。
【図2】(A)〜(C)は本発明の実施例1の動作説明
図である。
【図3】本発明の実施例2の要部の側面図である。
【図4】本発明の実施例3の側面図である。
【図5】図4の要部の斜視説明図である。
【図6】本発明の実施例4の構成説明図である。
【図7】従来のロータリーエンコーダの構成説明図であ
る。
【図8】図7の動作説明図である。
【符号の説明】
1 ロータリーエンコーダ 2 本体 3 軸受け 4 回転軸 5 磁気円板 6 磁気検出器 9 転輪 20 板バネ 50 円板 51 着磁面 52 摺動面 60 磁気抵抗(感知)素子 61 支持ピン 62 コイルバネ 63 接触面 93 接触面 G 磁場間隙

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 本体に支持され回転軸と一体に回転して
    外周に着磁面を設けた磁気円板と、該磁気円板の着磁面
    に磁場間隙を介して対向する磁気感知素子を配置した磁
    気検出器と、該磁気検出器を前記本体に取付けられた弾
    性材を介して前記磁気円板の外周に弾性的に接触させて
    回転する転輪とを備えて、前記磁気検出器により磁気円
    板の回転変位量を磁気的に検出するロータリーエンコー
    ダにおいて、前記弾性材を、矩形状の板バネを断面C字状に折り曲げ
    て開放端を前記本体に固定して中央部付近を前記磁気検
    出器に固定したバネ材で構成した ことを特徴とするロー
    タリーエンコーダ。
  2. 【請求項2】 本体内に設けられて被検回転体の回転体
    に連結された回転軸が固定されて該回転軸と一体に回転
    して外周に着磁面を設けた磁気円板と、該磁気円板の着
    磁面に磁場間隙を介して対向する磁気感知素子を配置し
    て前記本体に取付けられた磁気検出器とを備え、該磁気
    検出器により前記磁気円板の回転変位量を磁気的に検出
    するロータリーエンコーダにおいて、 前記磁気円板の着磁面の両側に円形段部を形成し、該両
    段部に内輪を締まり嵌めして外輪を前記本体に圧入した
    2個の軸受けを介して本体に回転可能に取付けて前記磁
    場間隙を一定に保持するように構成したことを特徴とす
    ロータリーエンコーダ。
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